KR20170041951A - 컬러 필터 및 이를 적용한 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20170041951A
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Abstract

컬러 필터 및 이를 적용한 디스플레이 장치가 개시된다. 컬러 필터는, 베이스 기판과, 베이스 기판 상에 형성되는 컬러 포토레지스트층을 포함한다. 컬러 포토레지스트층은, 광중합형 감광 조성물과, 안료 및 염료 중 적어도 하나와, 양자점을 포함할 수 있다.

Description

컬러 필터 및 이를 적용한 디스플레이 장치{Color filter and display apparatus employing the same}
컬러 필터 및 이를 적용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
컬러 필터는 가시광 중 특정한 파장 영역의 광을 투과시켜, 컬러광을 생성한다. 컬러 필터는 액정 디스플레이에 컬러를 표시하도록 사용된다. 또한, 컬러 필터는 백색 발광층을 사용하는 유기 전계 발광소자 등의 컬러 표시에도 사용된다. 또한, 컬러 필터를 이용하면 CCD 이미지 센서, CMOS 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자에서 컬러 촬상이 가능하다. 최근에는 디스플레이에 대한 고화질화, 고휘도화의 요구가 점점 높아지고 있다.
색재현성 및 고휘도 요구를 충족할 수 있는 컬러 필터 및 이를 적용한 디스플레이를 제공한다.
실시예에 따른 컬러 필터는, 베이스 기판; 및 상기 베이스 기판 상에 형성되며, 광중합형 감광 조성물과, 안료 및 염료 중 적어도 하나와, 양자점을 포함하는 컬러 포토레지스트층;을 포함한다.
상기 컬러 포토레지스트층은 금속 나노입자를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 나노입자는 적어도 하나의 코너를 형성하는 복수의 변을 가지는 형상을 가질 수 있다.
상기 금속 나노입자의 단면 형상은 적어도 하나의 코너가 모따인 삼각형 형상일 수 있다.
상기 컬러 포토레지스트층은 서로 다른 컬러를 형성하는 복수의 컬러 필터영역을 포함하며, 상기 복수의 컬러 필터 영역은 각각 서로 다른 형상의 제 1 및 제 2 금속 나노 입자를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 금속 나노 입자의 단면 형상은 적어도 하나의 코너가 모따인 삼각형 형상일 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 금속 나노 입자 중에서, 상기 복수의 컬러 필터 영역 중에서 상대적으로 짧은 파장의 컬러를 형성하는 컬러 필터 영역에 포함된 금속 나노 입자의 코너 형상이 상대적으로 둥근 형태가 될 수 있다.
상기 컬러 포토레지스트층은 상기 금속 나노입자에 접합된 알킬기를 더 포함할 수 있다.
상기 알킬기에 의해 상기 금속 나노입자와 상기 양자점간의 거리가 유지될수 있다.
상기 컬러 포토레지스트층은, 제1색광을 위한 제1안료 및 제1염료 중 적어도 하나와, 제1양자점을 포함하는 제1컬러 필터영역; 제2색광을 위한 제2안료 및 제2염료 중 적어도 하나와, 제2양자점을 포함하는 제2컬러 필터영역; 및 제3색광을 위한 제3안료 및 제3염료 중 적어도 하나와, 제3양자점을 포함하는 제3컬러 필터영역;을 포함하며, 상기 제1 내지 제3양자점은 각각 상기 제1 내지 제3색광을 발생시키도록 서로 다른 크기를 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3컬러 필터영역 중 적어도 하나는, 적어도 하나의 코너를 형성하는 복수의 변을 가지는 형상의 금속 나노입자를 더 포함할 수 있다.
상기 제1컬러 필터영역은 제1금속 나노입자, 상기 제2컬러 필터영역은 제2금속 나노입자, 상기 제3컬러 필터영역은 제3금속 나노입자를 포함하며, 상기 제1 내지 제3금속 나노입자는 서로 다른 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3양자점의 크기가 각각 D1, D2, D3이고, D1>D2>D3 관계를 가질 때, 상기 제1금속 나노입자, 제2금속 나노입자, 제3금속 나노입자로 갈수록 코너 모양이 샤프한 형태에서 둥근 형태가 될 수 있다.
상기 제1, 제2 및 제3 컬러 필터영역은 각각, 적색, 녹색, 청색을 형성할 수 있다.
상기 제1 내지 제3금속 나노입자 각각에 접합된 알킬기를 더 포함하며, 상기 알킬기에 의해 상기 제1금속 나노입자와 상기 제1양자점, 상기 제2금속 나노입자와 상기 제2양자점, 상기 제3금속 나노입자와 상기 제3양자점 간의 거리가 유지될 수 있다.
실시예에 따른 디스플레이 장치는 복수의 화소 영역을 구비하며, 영상 신호에 따라 상기 복수의 화소 영역이 제어되는 표시부; 상기 복수의 화소 영역에 대응하는 복수의 컬러 필터 영역을 구비하며, 상기 복수의 컬러 필터 영역은 각각, 광중합형 감광 조성물과, 안료 및 염료 중 적어도 하나와, 양자점을 포함하는 컬러 포토레지스트층을 포함하는, 컬러 필터;를 포함한다.
상기 복수의 컬러 필터영역은, 제1색광을 위한 제1안료 및 제2염료 중 적어도 하나와, 제1양자점을 포함하는 제1컬러 필터영역; 제2색광을 위한 제2안료 및 제2염료 중 적어도 하나와, 제2양자점을 포함하는 제2컬러 필터영역; 및 제3색광을 위한 제3안료 및 제3염료 중 적어도 하나와, 제3양자점을 포함하는 제3컬러 필터영역;을 포함하며, 상기 제1 내지 제3양자점은 각각 상기 제1 내지 제3색광을 발생시키도록 서로 다른 크기를 가질 수 있다.
상기 제1컬러 필터영역은 제1금속 나노입자, 상기 제2컬러 필터영역은 제2금속 나노입자, 상기 제3컬러 필터영역은 제3금속 나노입자를 포함하며, 상기 제1 내지 제3금속 나노입자는 서로 다른 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3양자점의 크기가 각각 D1, D2, D3이고, D1>D2>D3 관계를 가질 때, 상기 제1금속 나노입자, 제2금속 나노입자, 제3금속 나노입자로 갈수록 코너 모양이 샤프한 형태에서 둥근 형태가 될 수 있다.
상기 표시부는 투과형 액정 패널, 반사형 액정 패널, 또는 유기 발광 패널 일 수 있다.
실시예에 따른 컬러 필터 및 이를 적용한 디스플레이 장치에 따르면, 컬러 포토레지스트에 양자점을 내포함으로써, 색재현성 및 고휘도 요구를 충족할 수 있다. 또한, 컬러 포토레지스트에 금속 나노입자를 더 내포함으로써, 휘도를 보다 높일 수 있다.
또한, 실시예에 따른 컬러 필터가 디스플레이 장치의 표시면 쪽에 배치되는 경우, 외부광의 반사를 방지할 수 있어, 외부광 반사 목적으로 통상 구비되는 원형 편광 필름을 생략할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 컬러 필터를 개략적으로 보여준다.
도 2는 도 1의 컬러 필터의 사용되는 컬러 포토레지스트의 실시예를 보여준다.
도 3a 내지 도 3e는 실시예에 따른 컬러 필터에 사용되는 컬러 포토레지스트 구성의 다양한 실시예들을 보여준다.
도 4a 내지 도 4c는 금속 나노입자의 코너 모양에 따른 소멸(extinction) 특성 변화를 보여준다.
도 5는 금속 나노입자에 알킬기가 접합되는 실시예를 보여준다.
도 6a는 금속 나노입자에 알킬기를 접합시켜 분산이 잘 일어난 컬러 포토레지스트의 이미지를 보여준다.
도 6b는 비교예로서, 금속 나노입자에 알킬기 접합이 없을 때, 뭉침이 일어난 컬러 포토레지스트 이미지를 보여준다.
도 7a 내지 도 7c는 금속 나노입자의 모양에 따른 양자점 방출 변화를 보여준다.
도 8은 금속 나노입자와 양자점의 거리에 따른 휘도 변화를 보여준다.
도 9a 내지 도 9c는 금속 나노입자의 모양에 따른 양자점 방출 휘도 변화를 보여준다.
도 10은 실시예에 따른 컬러 필터에서 적색의 경우, 안료, 염료 컬러 필터와 같은 형태를 보이는 양자점 방출 휘도 변화를 보여준다.
도 11은 실시예에 따른 유기 발광 디스플레이를 개략적으로 보인 단면도이다.
도 12는 실시예에 따른 투과형 액정 디스플레이를 개략적으로 보인 단면도이다.
도 13은 실시예에 따른 반사형 액정 디스플레이를 개략적으로 보인 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 컬러 필터(10)를 개략적으로 보여준다. 도 2는 도 1의 컬러 필터(10)의 사용되는 컬러 포토레지스트의 실시예를 보여준다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 컬러 필터(10)는 베이스 기판(11) 상에 형성된 컬러 포토레지스트층(30)을 구비한다. 컬러 포토레지스트층(30)은 컬러 포토레지스트로 형성되며, 컬러 포토레지스트는, 광중합형 감광 조성물과, 안료(150) 및 염료(170) 중 적어도 하나와, 양자점(200)을 포함한다. 광중합형 감광 조성물은, 예를 들어,광중합 개시제(100), 바인더 폴리머(110), 모노머(190) 를 포함할 수 있다. 또한, 컬러 포토레지스트는 금속 나노입자(250)를 더 포함할 수 있다. 컬러 포토레지스트가 안료(150)를 포함할 때, 컬러 포토레지스트에는 분산제(130)가 더 포함될 수 있다. 컬러 포토레지스트가 안료(150)와 염료(170)를 모두 포함할 때 컬러 포토레지스트에는 분산제(130)가 더 포함될 수 있다. 컬러 포토레지스트가 안료(150)를 포함하지 않고 염료(170)만을 포함할 때에는 분산제(130)를 포함하지 않을 수 있다.
광중합 개시제(100), 바인더 폴리머(110), 모노머(190) 등을 포함하는 광중합형 감광 조성물에, 안료(150) 및 염료(170) 중 적어도 하나를 포함하는 컬러 포토레지스트는 일반적인 컬러 필터용 포토레지스트로서, 적용되는 안료(150) 및 염료(170) 등에 따라 발현되는 색이 달라진다. 양자점(200)은 발색 파장 폭이 좁아 색재현성이 높다. 또한, 양자점(200)은 여기(excitaion) 및 방출(emission)에 의해 컬러 필터(10)의 휘도를 향상시킬 수 있다. 또한, 금속 나노입자(250)는 물질 종류나 형상에 따라 특정 파장에서 광자(photon)의 소멸(extinction)을 증가시키는데, 이러한 광자의 소멸 증가는 주위 양자점(200)의 전자의 여기를 증가시킨다. 여기된 전자가 증가할수록 양자점(200)의 방출(emission) 또한 증가하게 된다.
실시예에 따른 컬러 필터(10)는, 양자점(200)을 더 포함하는 컬러 포토레지스트를 도포하여 컬러 포토레지스트층(30)을 형성함으로써, 휘도 및 색재현성을 증폭시킬 수 있다. 또한, 실시예에 따른 컬러 필터(10)는, 양자점(200)에 부가하여 금속 나노입자(250)를 더 포함하는 컬러 포토레지스트를 도포하여 컬러 포토레지스트층(30)을 형성함으로써, 휘도를 보다 증폭시킬 수 있다.
도 2에서는 실시예에 따른 컬러 필터(10)의 컬러 포토레지스트층(30)을 형성하기 위해 도포되는 컬러 포토레지스트에 안료(150), 염료(170), 양자점(200), 금속 나노입자(250)가 포함되는 예를 보여준다. 컬러 포토레지스트는, 용제에 중합 개시제(100), 바인더 폴리머(110), 모노머(190)를 포함하는 광중합형 감광 조성물과, 안료(150), 염료(170), 양자점(200), 금속 나노입자(250)를 분산시켜 이루어진다. 안료(150)를 포함하므로, 컬러 포토레지스트에는 분산제(130)가 또한 포함될 수 있다. 이러한 컬러 포토레지스트를 베이스 기판(11)에 도포하여 컬러 포토레지스트층(30)을 형성할 수 있다.
도 3a 내지 도 3e는 실시예에 따른 컬러 필터(10)에 사용되는 컬러 포토레지스트 구성의 다양한 실시예들을 보여준다.
도 3a 내지 도 3c의 컬러 포토레지스트는, 용제에 중합 개시제(100), 바인더 폴리머(110), 모노머(190)를 포함하는 광중합형 감광 조성물과, 안료(150) 및 염료(170) 중 적어도 하나, 양자점(200)을 분산시켜 형성된다. 또한, 도 3d 내지 도 3e의 컬러 포토레지스트는, 용제에 중합 개시제(100), 바인더 폴리머(110), 모노머(190)를 포함하는 광중합형 감광 조성물과, 안료(150) 및 염료(170) 중 적어도 하나, 양자점(200), 금속 나노입자(250)를 분산시켜 형성된다.
도 3a에서는 컬러 포토레지스트에 안료(150) 및 양자점(200)이 포함되는 예를 보여준다. 안료(150)를 포함하므로, 컬러 포토레지스트에는 분산제(130)가 포함된다.
도 3b에서는 컬러 포토레지스트에 염료(170) 및 양자점(200)이 포함되는 예를 보여준다. 안료(150)를 포함하지 않으므로, 컬러 포토레지스트에 분산제(130)가 포함되지 않는다.
도 3c에서는 컬러 포토레지스트에 안료(150), 염료(170) 및 양자점(200)이 포함되는 예를 보여준다. 안료(150)를 포함하므로, 컬러 포토레지스트에는 분산제(130)가 포함된다.
도 3d에서는 컬러 포토레지스트에 안료(150), 양자점(200) 및 금속 나노입자(250)가 포함되는 예를 보여준다. 안료(150)를 포함하므로, 컬러 포토레지스트에는 분산제(130)가 포함된다.
도 3e에서는 컬러 포토레지스트에 염료(170), 양자점(200) 및 금속 나노입자(250)가 포함되는 예를 보여준다. 안료(150)를 포함하지 않으므로, 컬러 포토레지스트에는 분산제(130)가 포함되지 않는다.
도 2, 도 3d, 도 3e에서와 같이, 컬러 포토레지스트에 양자점(200) 및 금속 나노입자(250)를 포함하는 경우, 컬러 포토레지스트는 금속 나노입자(250)에 접합된 알킬기(270)를 더 포함할 수 있다. 금속 나노입자(250)에 알킬기(270)가 접합되는 경우, 금속 나노입자(250)와 양자점(200)과의 거리가 유지될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 컬러 포토레지스트층(30)은 특정 색광을 통과시키는 컬러 필터영역을 구비한다. 컬러 포토레지스트층(30)은 안료(150)나 염료(170)의 발현색과 양자점(200)의 크기가 서로 다른 복수의 컬러 필터영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컬러 포토레지스트층(30)은 제1 내지 제3색광을 통과시키는 제1 내지 제3컬러필터영역(30R)(30G)(30B)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3컬러필터영역(30R)(30G)(30B) 사이에는 차광 패턴(35)이 형성될 수 있다. 제1컬러필터영역(30R)은 제1색광을 위한 제1안료 및 제1염료 중 적어도 하나, 제1양자점을 포함하는 제1컬러 포토레지스트로 형성될 수 있다. 제1안료 및 제1염료는 제1색광을 발현하며, 제1양자점은 제1색광을 발생시킨다. 제2컬러필터영역(30G)은 제2색광을 위한 제2안료 및 제2염료 중 적어도 하나, 제2양자점을 포함하는 제2컬러 포토레지스트로 형성될 수 있다. 제2안료 및 제2염료는 제2색광을 발현하며, 제2양자점은 제2색광을 발생시킨다. 제3컬러필터영역(30B)은 제3색광을 위한 제3안료 및 제3염료 중 적어도 하나, 제3양자점을 포함하는 제3컬러 포토레지스트로 형성될 수 있다. 제3안료 및 제3염료는 제3색광을 발현하며, 제3양자점은 제3색광을 발생시킨다. 이때, 제1 내지 제3양자점은 각각 제1 내지 제3색광을 발생시키도록 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 제1 내지 제3컬러 필터영역(30R)(30G)(30B)을 형성하는데 사용되는 제1 내지 제3컬러 포토레지스트는 각각 제1 내지 제3금속 나노입자를 포함할 수 있으며, 제1 내지 제3금속 나노입자는 서로 다른 형상을 가질 수 있다. 제1 내지 제3금속 나노입자는 각각 복수의 변을 가지며, 코너 모양의 서로 다를 수 있다.
제1 내지 제3컬러필터영역(30R)(30G)(30B)은 각각 입사되는 광 중 해당하는 파장의 광만을 통과시키도록 된 것으로, 제1 내지 제3컬러필터영역(30R)(30G)(30B)을 통과하는 광 파장은 안료(150), 염료(170), 양자점(200)의 크기, 금속 나노입자(250)의 종류 및 형상 등에 의해 결정될 수 있다.
제1 내지 제3컬러필터영역(30R)(30G)(30B)은 각각 예를 들어, 적색필터영역, 녹색필터영역, 청색필터영역에 대응될 수 있다. 이 경우, 제1컬러필터영역(30R)은 안료(150) 및/또는 염료(170)가 적색을 발현하며, 양자점(200)은 적색광을 발생시키는 크기를 가지며, 금속 나노입자(250)는 후술하는 바와 같이, 코너 모양이 샤프한 형태로 형성될 수 있다. 제2컬러필터영역(30G)은 안료(150) 및/또는 염료(170)가 녹색을 발현하며, 양자점(200)은 녹색광을 발생시키는 크기를 가지며, 금속 나노입자(250)는 후술하는 바와 같이, 코너 모양이 약간 둥근 형태로 형성될 수 있다. 제3컬러필터영역(30B)은 안료(150) 및/또는 염료(170)가 청색을 발현하며, 양자점(200)은 청색광을 발생시키는 크기를 가지며, 금속 나노입자(250)는 후술하는 바와 같이, 코너 모양이 둥근 형태로 형성될 수 있다.
양자점(200)은 코어 크기가 클수록 최대 흡수 파장이 길며, 코어 크기가 작아질수록 최대 흡수 파장이 짧아진다. 따라서, 제1 내지 제3컬러필터영역(30R)(30G)(30B)이 각각 적색필터영역, 녹색필터영역, 청색필터영역에 대응하는 경우, 제1 내지 제3컬러필터영역(30R)(30G)(30B)의 제1 내지 제3컬러 포토레지스트에 포함되는 제1 내지 제3양자점의 크기를 각각 D1,D2,D3라 하면, D1>D2>D3 관계를 만족하도록 제1 내지 제3양자점의 크기가 정해질 수 있다. 여기서, 제1 내지 제3양자점이 코어-쉘 구조를 가질 때, 양자점의 크기는 코어의 크기를 의미할 수 있다.
예를 들어, 제1컬러필터영역(30R)이 적색필터영역일 때, 제1컬러필터영역(30R)에 포함되는 제1양자점은 적색광을 방출하도록 코어 크기가 대략 5nm 정도로, 대략 635nm 정도의 파장에서 최대 흡수가 일어나도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 제2컬러필터영역(30G)이 녹색필터영역일 때, 제2컬러필터영역(30G)에 포함되는 제2양자점은 녹색광을 방출하도록 코어 크기가 대략 3nm 정도로, 대략 533nm 정도의 파장에서 최대 흡수가 일어나도록 마련될 수 있다. 예를 들어, 제3컬러필터영역(30B)이 청색필터영역일 때, 제3컬러필터영역(30B)에 포함되는 제3양자점은 청색광을 방출하도록 코어 크기가 대략 1.7nm 정도이고, 대략 434nm 정도의 파장에서 최대 흡수가 일어나도록 마련될 수 있다.
제1 내지 제3양자점은 예를 들어, Si계 나노결정, II-VI족계 화합물 반도체 나노결정, III-V족계 화합물 반도체 나노결정, IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 나노결정을 포함할 수 있다. II-VI족계 화합물 반도체 나노결정은 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, HgS, HgSe, HgTe, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HggZnTe, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe 및 HgZnSTe로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. III-V족계 화합물 반도체 나노결정은 GaN, GaP, GaAs, AlN, AlP, AlAs, InN, InP, InAs, GaNP, GaNAs, GaPAs, AlNP, AlNAs, AlPAs, InNP, InNAs, InPAs, GaAlNP, GaAlNAs, GaAlPAs, GaInNP, GaInNAs, GaInPAs, InAlNP, InAlNAs, 및 InAlPAs로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다. IV-VI족계 화합물 반도체 나노결정은 SbTe일 수 있다. 제1 내지 제3양자점은 중심(Core) 및 껍질(Shell)을 갖는 코어-쉘 구조(Core-Shell structure)로 형성될 수 있다. 여기서, 양자점(200)은 대략적으로 원형의 형태를 가지는 것으로, 크기에 따라 고유의 여기(excitation) 및 발광(emission) 파장을 가진다. 따라서, 제1 내지 제3컬러필터영역(30R)(30G)(30B)에 적색, 녹색, 청색광을 각각 발생시킬 수 있는 크기의 제1 내지 제3양자점을 적용하면, 제1 내지 제3컬러필터영역(30R)(30G)(30B)은 적색 필터, 녹색 필터, 청색 필터로서 각각 적색광, 녹색광, 청색광만을 통과시키게 된다.
한편, 금속 나노입자(250)는 예를 들어, Au, Ag, Al. Al2O3, Co, Cu, Cr, Pt, Ni, Fe, Mo, W 등의 금속 물질로 형성될 수 있다.
금속 나노입자(250)는, 복수의 변을 가질 수 있고, 예를 들어, 적어도 하나의 코너를 구비하는 형상을 가질 수 있다. 금속 나노입자(250)는, 물질의 종류나 코너의 모양에 따라 소멸이 주로 발생되는 파장 대역이 달라진다.
금속 나노입자(250)는 단면 형상이 전체적으로 삼각형 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 금속 나노입자(250)의 단면 형상은 적어도 하나의 코너가 모따인 삼각형 형상을 가질 수 있다. 적용되는 컬러필터영역에 따라 금속 나노입자(250)의 코너 모양이 달라질 수 있다. 삼각 금속 나노입자(250)는 코너 모양에 따라 다른 소멸 특성을 가지게 된다. 이는 샤프한 코너에서 분극이 더 밀도 있게 나타나기 때문이다. 금속 나노입자(250)의 삼각형의 변이 둥글어질수록 소멸은 낮은 파장에서 일어나고 샤프할수록 높은 파장에서 일어난다. 여기서, 변이 둥글어질수록 금속 나노입자(250)는 원에 가까운 형태를 가지게 된다.
예를 들어, 전술한 바와 같이, 제1 내지 제3컬러필터영역(30R)(30G)(30B)에 포함되는 제1 내지 제3양자점의 크기가 D1, D2, D3이고, D1>D2>D3 관계를 가질 때, 제1 내지 제3컬러필터영역(30R)(30G)(30B)을 형성하는 제1 내지 제3컬러 포토레지스트에 포함되는 금속 나노입자(250)를 각각 제1 내지 제3금속 나노입자라 하면, 제1금속 나노입자, 제2금속 나노입자, 제3금속 나노입자로 갈수록 코너 모양이 샤프한 형태에서 둥근 형태가 될 수 있다.
금속 나노입자(250)는 코너 부분의 샤프하거나 둥근 정도에 따라 분극 밀도가 다르게 되며, 샤프한 코너에서 분극이 더 밀도 있게 나타날 수 있다. 따라서, 금속 나노입자(250)의 코너 부분의 형태에 따라, 소멸이 일어나는 파장 범위가 달라질 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 금속 나노입자(250)의 코너 모양에 따른 소멸(extinction) 특성 변화를 보여준다. 도 4a 내지 도 4c의 소멸 특성은 삼각형의 은(Ag) 나노입자가 약 70-130nm의 변을 가지는 크기일 때, 삼각형의 코너 형상 변화에 따라 소멸이 크게 일어나는 파장이 다름을 보여준다.
도 4a에서 좌측의 (A) 이미지는 금속 나노입자(250)가 삼각형의 변이 상대적으로 둥근 형태를 가지는 경우를 보여주며, 이 경우 파장에 따른 소멸 특성은 우측의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 청색 파장 예컨대, 약 440-460nm 파장에서 크게 나타난다.
도 4b에서 좌측의 (B) 이미지는 금속 나노입자(250)가 삼각형의 변이 약간만 둥근 형태를 가지는 경우를 보여주며, 이 경우 파장에 따른 소멸 특성은 우측의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 녹색 파장 예컨대, 약 510-525nm 파장에서 크게 나타난다.
도 4c에서 좌측의 (C) 이미지는 금속 나노입자(250)가 삼각형의 변이 샤프한 형태를 가지는 경우를 보여주며, 이 경우 파장에 따른 소멸 특성은 우측의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 적색 파장 예컨대, 약 500nm 이상의 파장에서 크게 나타난다.
도 4a 내지 도 4c에서 알 수 있는 바와 같이, 금속 나노입자(250)의 삼각형의 변이 둥글어질수록 소멸이 낮은 파장에서 일어나고, 샤프할수록 높은 파장에서 일어난다.
따라서, 실시예에 따른 컬러 필터(10)에서 제1 내지 제3컬러필터영역(30R)(30G)(30B)이 각각 적색 필터영역, 녹색 필터영역, 청색 필터영역일 때, 예를 들어, 각각 도 4c, 도 4b, 도 4a에서 같은 코너 형상을 가지는 금속 나노입자(250)를 선택할 수 있다.
상기와 같이, 컬러 포토레지스트층(30)에 도포되는 컬러 포토레지스트가 양자점(200) 및 금속 나노입자(250)를 포함하는 경우, 금속 나노입자(250)는 물질의 전자기적 특성에 따라 특정 파장에서 광자의 소멸을 증가시키고, 이러한 특정 파장에서의 광자의 소멸 증가는 주위 양자점(200)의 전자의 여기를 증가시킨다. 따라서, 이와 같은 국부화된 표면 플라즈몬 공명에 의한 양자점(200) 전자의 여기는 특정 파장에서의 양자점(200)의 발광을 증가시킬 수 있다.
따라서, 양자점(200)과 금속 나노입자(250)를 포함하는 컬러 포토레지스트는, 양자점(200)만을 포함하는 컬러 포토레지스트에 비해, 특정 파장에서의 발광이 더 크게 일어날 수 있으므로, 컬러 필터(10)의 고휘도화에 보다 크게 기여할 수 있다.
한편, 제1 내지 제3컬러필터영역(30R)(30G)(30B)을 형성하는데 사용되는 제1 내지 제3컬러 포토레지스트는 금속 나노입자(250)에 접합되는 알킬기(270)를 더 포함할 수 있다.
도 5는 금속 나노입자(250)에 알킬기(270)가 접합되는 실시예를 보여준다. 이와 같이 금속 나노입자(250)에 접합되는 알킬기(270)를 더 포함하는 경우, 알킬기(270)의 접합에 의해 금속 나노입자(250)와 양자점(200) 간의 거리가 유지될 수 있어, 뭉침이 발생하지 않게 된다.
도 2, 도 3d, 도 3e에서는, 컬러 포토레지스트가 금속 나노입자(250)에 접합된 알킬기(270)를 더 포함하여, 이 알킬기(270)의 접합에 의해 금속 나노입자(250)와 양자점(200)과의 거리가 유지되도록 된 경우를 보여준다.
이와 같이, 금속 나노입자(250)에 알킬기(270)를 접합시키면, 금속 나노입자(250)가 컬러 포토레지스트층(30)에서 고루 분포하여, 금속 나노입자(250)의 뭉침이 일어나지 않게 되며, 양자점(200) 또한 컬러 포토레지스트층 사이에 고르게 분포되어, 금속 나노입자(250)와 뭉침이 발생하게 않게 된다. 따라서, 금속 나노입자(250)에 알킬기(270)를 접합시키는 경우, 금속 나노입자(250)의 크기가 고르게 되고, 양자점(200)과 뭉쳐서 크기가 커지는 금속 나노입자(250)는 드물게 된다.
도 6a는 금속 나노입자(250)에 알킬기(270)를 접합시켜 분산이 잘 일어난 컬러 포토레지스트의 이미지를 보여준다. 도 6b는 비교예로서, 금속 나노입자(250)에 알킬기(270) 접합이 없을 때, 뭉침이 일어난 컬러 포토레지스트 이미지를 보여준다.
상기와 같이, 금속 나노입자(250)에 알킬기(270)를 접합시켜 양자점(200)과의 거리를 만들어주면, 양자점(200) 전자의 배율 효율이 변화될 수 있다. 따라서, 양자점(200) 전자의 배율 효율이 커질 수 있도록 알킬기(270) 접합에 의해 금속 나노입자(250)와 양자점(200) 간의 간격을 만들면, 휘도를 증대시킬 수 있다. 이러한 알킬기(270)는 금속 나노입자(250)에 대해 접합 분산제(130) 및 균일화제 역할을 할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 금속 나노입자(250)의 모양에 따른 양자점(200) 방출 변화를 보여준다. 도 7a는 CdSe 코어 크기가 약 1.7nm이고, 최대 흡수 파장이 약 434nm인 양자점(200)이 적용될 때, 금속 나노입자(250)의 모양에 따른 방출 휘도 세기(Luminescence intensity)를 보여준다. 도 7b는 CdSe 코어 크기가 약 3nm이고, 최대 흡수 파장이 약 533nm인 양자점(200)이 적용될 때, 금속 나노입자(250)의 모양에 따른 방출 휘도 세기를 보여준다. 도 7c는 CdSe 코어 크기가 약 5nm이고, 최대 흡수 파장이 약 635nm인 양자점(200)이 적용될 때, 금속 나노입자(250)의 모양에 따른 방출 휘도 세기를 보여준다. 도 7a 내지 도 7c는 양자점(200)과 금속 나노입자(250)의 조합만을 고려한 것이다.
도 7a 내지 도 7c에서 “기본”은 금속 나노입자(250)를 적용하지 않았을 때를 나타내며, (A), (B), (C)는 각각 도 4a, 도 4b, 도 4c의 코너 형상을 가지는 금속 나노입자(250)를 적용했을 때를 나타낸다.
도 7a를 참조하면, CdSe 코어 크기가 약 1.7nm이고, 최대 흡수 파장이 약 434nm인 양자점(200)이 적용될 때에는 도 4a에서와 같이 금속 나노입자(250)의 코너가 둥근 형태로, 약 440-460nm 파장에서 소멸이 가장 잘 일어나도록 된 금속 나노입자(250)를 적용할 때, 양자점(200)의 방출이 크게 발생함을 알 수 있다.
도 7b를 참조하면, CdSe 코어 크기가 약 3nm이고, 최대 흡수 파장이 약 533nm인 양자점(200)이 적용될 때에는 도 4b에서와 같이 금속 나노입자(250)의 코너가 약간 둥근 형태로, 약 510-525nm 파장에서 소멸이 가장 잘 일어나도록 된 금속 나노입자(250)를 적용할 때, 양자점(200)의 방출이 크게 발생함을 알 수 있다.
도 7c를 참조하면, CdSe 코어 크기가 약 5nm이고, 최대 흡수 파장이 약 635nm인 양자점(200)이 적용될 때에는 도 4c에서와 같이 금속 나노입자(250)의 코너가 샤프한 형태로, 약 500nm 이상의 가시광 영역에서 파장이 길어질수록 소멸이 더 크게 일어나도록 된 금속 나노입자(250)를 적용할 때, 양자점(200)의 방출이 크게 발생함을 알 수 있다.
따라서, 도 7a 내지 도 7c에서 알 수 있는 바와 같이, 특정 파장에서 최고의 소멸 특성을 나타내는 금속 나노입자(250)를 특정 파장에서 최고의 여기 특성을 갖는 양자점(200)과 조합했을 때, 양자점(200) 전자의 여기가 증폭되어 휘도가 크게 증가됨을 알 수 있다. 이와 같이, 특정 파장에서의 광자의 소멸 증가는 주위 양자점(200) 전자의 여기를 증가시켜, 방출이 증가한다. 이때, 양자점(200)의 방출 휘도 세기는 금속 나노입자(250)의 소멸 정도에 비례한다.
도 8은 금속 나노입자(250)와 양자점(200)의 거리에 따른 휘도 변화를 보여준다. 도 8에서는 CdSe 코어 크기가 약 1.7nm이고, 최대 흡수 파장이 약 434nm인 양자점(200)이 적용될 때, 금속 나노입자(250)와 양자점(200)과의 거리에 따른 방출 휘도 세기(Luminescence intensity)를 보여준다. 도 8은 양자점(200)과 금속 나노입자(250)의 조합만을 고려한 것이다.
도 8을 참조로, 금속 나노입자(250)와 양자점(200)의 거리가 10nm, 15nm, 20nm, 30nm일 때 방출 휘도 세기를 살펴보면, 금속 나노입자(250)와 양자점(200)의 거리에 따라 방출 휘도 세기가 변화됨 알 수 있다. 도 8에서는 금속 나노입자(250)와 양자점(200)의 거리가 20nm일 때 방출 휘도 세기가 가장 큰 경우를 보여준다.
양자점(200)의 발광이 금속 물질에 의해 꺼지는(quenching) 경우 컬러 필터의 휘도 저하 요인이 될 수도 있는데, 실시예에 따른 컬러 필터(10)에서와 같이, 금속 나노입자(250)에 알킬기(270)를 접합시켜, 금속 나노입자(250)와 양자점(200) 사이가 특정 파장에 적합한 거리를 갖도록 하면, 방출 휘도를 증가시킬 수 있음을 알 수 있다. 이때, 방출 휘도는 금속 나노입자(250)로부터 양자점(200)으로의 에너지 전달율에 비례하여 증가할 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 금속 나노입자(250)의 모양에 따른 양자점(200) 방출 휘도 변화를 보여준다. 도 9a는 CdSe 코어 크기가 약 1.7nm이고, 최대 흡수 파장이 약 434nm인 양자점(200)이 적용될 때, 금속 나노입자(250)의 모양에 따른 방출 휘도 세기(Luminescence intensity)를 보여준다. 도 9b는 CdSe 코어 크기가 약 3nm이고, 최대 흡수 파장이 약 533nm인 양자점(200)이 적용될 때, 금속 나노입자(250)의 모양에 따른 방출 휘도 세기를 보여준다. 도 9c는 CdSe 코어 크기가 약 5nm이고, 최대 흡수 파장이 약 635nm인 양자점(200)이 적용될 때, 금속 나노입자(250)의 모양에 따른 방출 휘도 세기를 보여준다. 도 9a 내지 도 9c는 양자점(200)과 금속 나노입자(250)를 함유하는 컬러 필터(10)용 컬러 포토레지스트에 대해 얻어진 것이다.
도 9a 내지 도 9c에서 “기본”은 금속 나노입자(250)를 적용하지 않았을 때를 나타내며, (A), (B), (C)는 각각 도 4a, 도 4b, 도 4c의 코너 형상을 가지는 금속 나노입자(250)를 적용했을 때를 나타낸다.
도 9a를 참조하면, CdSe 코어 크기가 약 1.7nm이고, 최대 흡수 파장이 약 434nm인 양자점(200)이 적용될 때에는 도 4a에서와 같이 금속 나노입자(250)의 코너가 둥근 형태로, 약 440-460nm 파장에서 소멸이 가장 잘 일어나도록 된 금속 나노입자(250)를 적용할 때, 양자점(200)의 방출이 가장 크게 발생함을 알 수 있다. 또한, 금속 나노입자(250)를 적용하지 않고, 양자점(200)만을 적용한 경우에도 양자점(200) 방출이 크게 발생함을 알 수 있다.
도 9b를 참조하면, CdSe 코어 크기가 약 3nm이고, 최대 흡수 파장이 약 533nm인 양자점(200)이 적용될 때에는 도 4b에서와 같이 금속 나노입자(250)의 코너가 약간 둥근 형태로, 약 510-525nm 파장에서 소멸이 가장 잘 일어나도록 된 금속 나노입자(250)를 적용할 때, 양자점(200)의 방출이 가장 크게 발생함을 알 수 있다. 또한, 금속 나노입자(250)를 적용하지 않고, 양자점(200)만을 적용한 경우에도 양자점(200) 방출이 크게 발생함을 알 수 있다.
도 9c를 참조하면, CdSe 코어 크기가 약 5nm이고, 최대 흡수 파장이 약 635nm인 양자점(200)이 적용될 때에는 도 4c에서와 같이 금속 나노입자(250)의 코너가 샤프한 형태로, 약 500nm 이상의 가시광 영역에서 파장이 길어질수록 소멸이 더 크게 일어나도록 된 금속 나노입자(250)를 적용할 때, 양자점(200)의 방출이 가장 크게 발생함을 알 수 있다. 또한, 금속 나노입자(250)를 적용하지 않고, 양자점(200)만을 적용한 경우에도 양자점(200) 방출이 크게 발생함을 알 수 있다.
따라서, 도 9a 내지 도 9c에서 알 수 있는 바와 같이, 실제의 컬러 필터(10)용 컬러 포토레지스트에 양자점(200)만을 적용하는 경우에도 방출 휘도가 크게 발생하며, 양자점(200) 및 금속 나노입자(250)를 적용하는 경우 방출 휘도를 더 증가시킬 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 9a 내지 도 9c에서 알 수 있는 바와 같이, 양자점(200)은 발색 파장 폭이 좁아 색재현성이 높일 수 있다. 또한, 금속 나노입자(250)에 의해 양자점(200)의 여기 및 방출이 증폭되어, 컬러 필터(10)의 전체적인 휘도가 증폭될 수 있다.
한편, 적색의 경우, 방출 휘도 세기 분포가 도 9c에서와 같이 파장폭이 좁게 증폭될 수 있으며, 사용하는 안료(150), 염료(170)의 종류에 따라 도 10에서와 같이, 기존의 안료, 염료 컬러 필터와 같은 형태를 보일 수도 있다.
도 10의 경우에도, CdSe 코어 크기가 약 5nm이고, 최대 흡수 파장이 약 635nm인 양자점(200)이 적용될 때에는 도 4c에서와 같이 금속 나노입자(250)의 코너가 샤프한 형태로, 약 500nm 이상의 가시광 영역에서 파장이 길어질수록 소멸이 더 크게 일어나도록 된 금속 나노입자(250)를 적용할 때, 양자점(200)의 방출이 가장 크게 발생함을 알 수 있다.
상기한 바와 같은 컬러 필터(10)는, 양자점(200)과 금속 나노입자(250)의 조합에 의해 여기가 증폭되어 방출이 크게 증가할 수 있다. 또한, 금속 나노입자(250)에 접합(grafting) 분자를 달아서, 금속 나노입자(250)와 양자점(200)의 거리를 유지하면, 양자점(200)의 quenching에 의한 휘도 저하를 막을 수 있다. 또한, 금속 나노입자(250)가 구형이 아니더라도, 접합 분자 예컨대, 알킬기(270)에 의해 전체 형태는 구형을 이루므로, 분산에 영향을 주지 않는 분산제(130) 및 균일화(leveling)제 역할을 할 수 있다.
이상에서는 실시예에 따른 컬러 필터(10)가 3가지 색광을 위한 제1 내지 제3컬러 필터영역(30R)(30G)(30B)을 포함하는 경우를 예시적으로 설명하였는데, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 따른 컬러 필터(10)는 2개 또는 4개 이상의 컬러 필터영역을 포함할 수도 있다.
상기한 바와 같은 실시예에 따른 컬러 필터(10)는, 디스플레이에 적용되어, 컬러를 표시하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 실시예에 따른 컬러 필터(10)는, 영상 신호에 따라 제어되는 표시부의 복수의 화소 영역에 각 컬러 필터 영역이 대응되게 배치되어, 컬러를 형성할 수 있다. 상기 표시부는 예를 들어, 투과형이나 반사형 액정 패널, 또는 유기 발광 패널일 수 있다. 실시예에 따른 컬러 필터(10)가 디스플레이 장치의 표시면 쪽에 배치되는 경우, 외부광의 반사를 방지할 수 있어, 외부광 반사 목적으로 통상 구비되는 원형편광 필름을 생략할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 컬러 필터(10)는, CCD 이미지 센서, CMOS 이미지 센서 등의 고체 촬상 소자에 사용될 수도 있다.
도 11은 실시예에 따른 유기발광 디스플레이를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 11을 참조하면, 유기 발광 디스플레이(300)는, OLED 패널(310)과, 컬러 필터(370)를 포함할 수 있다.
OLED 패널(310)은 기판(311) 상에 형성된 구동회로부(320), 구동회로부(320) 상에 형성된 유기 발광소자(330)(340)(350) 어레이를 포함한다.
각 유기 발광소자(330)(340)(350)는 애노드(331), 유기발광층(333), 캐소드(335)를 포함한다.
유기 발광소자(330)(340)(350)의 유기발광층(333)은 단층으로 도시되었으나 이는 개략적으로 도시한 것이며, 정공 주입층(Hole injection layer, HIL), 정공 수송층(Hole transport layer, HTL), 발광층(Emissive layer, EML), 전자 수송층(Electron transport layer, ETL), 전자 주입층(Electron injection layer, EIL)을 포함하는 복수층으로 이루어질 수 있다.
각 유기 발광소자(330)(340)(350)사이의 영역에는 화소 정의막(362)이 배치된다. 즉, 구동회로부(320) 위로 화소 전극이 되는 애노드(331)가 형성된 후, 절연 물질로 된 화소 정의막(362)이 애노드(331) 상의 영역의 적어도 일부를 노출하는 형태로 구동회로부(320) 상에 형성된다. 노출된 애노드(331) 상에 유기발광층(333), 캐소드(335)가 순차적으로 형성되며, 캐소드(335) 상에는 유기발광층(333)을 보호하기 위한 캡핑층(367)이 형성된다.
애노드(331)는 반사 전극으로 형성될 수 있다. 애노드(331)는 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 또는 이들의 화합물 등으로 형성된 반사막과, 인듐틴옥사이드(ITO; indium tin oxide), 인듐징크옥사이드(IZO; indium zinc oxide), 징크옥사이드(ZnO; zinc oxide), 인듐옥사이드(In2O3 indium oxide), 인듐갈륨옥사이드(IGO; indium gallium oxide) 또는 알루미늄징크옥사이드(AZO; aluminium zinc oxide)로 형성된 투명막을 포함할 수 있다. 애노드(331)는 예를 들어, ITO/Ag/ITO와 같은 적층 구조를 가질 수 있다.
캐소드(335)는 유기발광층(333)에서 발광된 광이 투과될 수 있도록 (반)투명전극으로 형성될 수 있다. 예컨대, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Mg 또는 이들의 화합물이 유기발광층(333)을 향하도록 증착하여 형성된 막과, 그 위에 형성된 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3 등의 투명막을 포함할 수 있다. 캐소드(335)는 예를 들어, Ag/Mg와 같은 적층 구조를 포함할 수 있다.
컬러 필터(370)는 캐소드(335)를 투과하여 출사되는 광의 경로 상에 배치될 수 있고, 예를 들어, 캡핑층(367) 상에 배치될 수 있다.
상기 설명은 전면 발광을 예시한 것이며, OLED 패널(310)은 배면 발광형으로 구성되는 것도 가능하다. 이 경우, 전면 발광인 경우와 반대로, 캐소드(335)는 반사전극, 애노드(331)가 (반)투명전극으로 형성된다. 캐소드(335)는 예컨대, Li, Ca, LiF/Ca, LiF/Al, Al, Ag, Mg 중 어느 하나, 또는 이들의 화합물로 형성된 반사막을 포함할 수 있다. 애노드(331)는 ITO, IZO, ZnO, In2O3, IGO 또는 AZO로 형성될 수 있다. 애노드(331)는 투명 전극 구조로 ITO/Ag/ITO 구조를 채용할 수도 있다.
애노드(331), 캐소드(335)의 구성 및 재료는 예시한 설명에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.
컬러 필터(370)는 애노드(331)를 투과하여 출사되는 광의 경로 상에 배치될 수 있다. 즉, 기판(311)의 배면 측에 컬러 필터(370)가 배치되거나, 구동회로부(320)와 기판(311) 사이에 컬러 필터(370)가 배치될 수 있다.
한편, 애노드(331)와 캐소드(335) 사이에 순방향 전압이 인가되면, 캐소드(335)로부터 전자가 전자 주입층 및 전자 수송층을 통해 유기발광층(333)으로 이동하게 되고, 애노드(331)로부터 정공이 정공 주입층 및 정공 수송층을 통해 유기발광층(333)으로 이동하게 된다. 그리고 유기발광층(333) 내로 주입된 전자와 정공은 유기발광층(333)에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 전이하면서 광을 방출하게 되는데, 이 때, 방출되는 광의 밝기는 애노드와 캐소드 사이에 흐르는 전류량에 비례하게 된다.
구동회로부(320)는 OLED 패널(310)의 화소 각각을 구동하는 회로를 포함하며, 예를 들어, 게이트 라인(gate line) 및 이와 수직하게 교차하는 데이터 라인(data line), 그리고 게이트 라인 및 데이터 라인과 접속된 스위칭 박막 트랜지스터(switching TFT), 스위칭 박막 트랜지스터와 전원 라인 사이에서 유기발광소자와 접속되는 구동 박막 트랜지스터(driving TFT), 그리고 구동 박막 트랜지스터의 게이트 전극와 전원 라인 사이에 접속된 스토리지 캐패시터(storage capacitor)를 포함할 수 있다.
데이터 신호에 따라 유기 발광 소자들(330)(340)(350) 각각으로 공급되는 전류량이 제어되며, 유기 발광소자(330)(340)(350)의 밝기가 제어된다. 데이터 신호는 영상 신호에 따라 제어된다.
유기 발광소자(330)(340)(350)는 백색광을 발광할 수 있다. 또한, 유기 발광소자(330)(340)(350)는 각각 예를 들어, 적색광을 출사하는 적색 유기발광소자, 녹색광을 출사하는 녹색 유기발광소자, 청색광을 출사하는 청색 유기발광소자일 수도 있다.
컬러 필터(370)는 유기 발광소자(330)(340)(350)에 대응되게 배치된 제1 내지 제3컬러 필터영역(371)(373)(375)을 구비할 수 있으며, 제1 내지 제3컬러 필터영역(371)(373)(375) 사이에는 차광 패턴(377)이 형성될 수 있다. 제1 내지 제3컬러 필터영역(371)(373)(375)은 예를 들어, 적색광을 통과시키는 적색 필터영역, 녹색광을 통과시키는 녹색 필터영역, 청색광을 통과시키는 청색 필터영역을 포함할 수 있다. 컬러 필터(350)로는 전술한 실시예의 컬러 필터(10)가 적용될 수 있다. 즉, 컬러 필터(370)의 제1 내지 제3컬러 필터영역(371)(373)(375), 차광 패턴(377)은 각각, 전술한 컬러 필터(10)의 제1 내지 제3컬러 필터영역(30R)(30G)(30B), 차광 패턴(35)에 대응할 수 있다.
유기 발광소자(330)(340)(350)가 백색광을 출사하는 경우, 유기 발광소자(330)에서 출사된 백색광 중 적색광만이 대응하는 제1컬러 필터영역(371)을 통과하게 되며, 유기 발광소자(340)에서 출사된 백색광 중 녹색광만이 대응하는 제2컬러 필터영역(373)을 통과하게 되며, 유기 발광소자(350)에서 출사된 백색광 중 청색광만이 대응하는 제3컬러 필터영역(375)을 통과하게 된다. 따라서, 데이터 신호에 따라 구동회로부(320)로 유기 발광소자(330)(340)(350) 각각의 발광량을 제어하면, 컬러 영상을 표시할 수 있다.
유기 발광소자(330)(340)(350)가 각각 적색광을 출사하는 적색 유기발광소자, 녹색광을 출사하는 녹색 유기발광소자, 청색광을 출사하는 청색 유기발광소자인 경우, 유기 발광소자(330)에서 출사된 적색광은 대응하는 제1컬러 필터영역(371)을 통과하게 되며, 유기 발광소자(340)에서 출사된 녹색광은 대응하는 제2컬러 필터영역(373)을 통과하게 되며, 유기 발광소자(350)에서 출사된 청색광은 대응하는 제3컬러 필터영역(375)을 통과하게 된다. 따라서, 데이터 신호에 따라 구동회로부(320)로 유기 발광소자(330)(340)(350) 각각의 발광량을 제어하면, 컬러 영상을 표시할 수 있다.
도 12는 실시예에 따른 투과형 액정 디스플레이(400)를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 12를 참조하면, 투과형 액정 디스플레이(400)는, 백라이트 유닛(410)과, 액정 패널(450), 두개의 편광판(430)(470)을 포함한다. 백라이트 유닛(410)은, 액정 패널(450)의 배면에 위치할 수 있다.
액정 패널(450)은 제1기판(451) 및 제2기판(457), 제1기판(451)과 제2기판(457) 사이에 개재되는 액정층(455), 컬러 필터(456)를 포함할 수 있다.
제1기판(451)과 제2기판(457)에는 편광판(430)(470)이 배치될 수 있다. 액정 패널(450)은 편광판(430)(470)을 포함할 수 있다.
컬러 필터(456)는 액정 패널(450)을 이루는 일 기판 상에 형성되거나, 별도로 형성되어 액정 패널(450)에 결합될 수도 있다.
예를 들어, 컬러 필터(456)는 제1기판(451) 또는 제2기판(457)에 형성될 수 있다. 도 12에서는 컬러 필터(456)가 제2기판(457)에 형성된 예를 보여준다.
컬러 필터(456)가 형성되는 베이스 기판을 컬러 필터 기판이라 할 때, 액정 패널(450)은, 컬러 필터(456)가 형성된 컬러 필터 기판 예컨대, 제2기판(457), 컬러 필터 기판과 마주하는 상대 기판 예컨대, 제1기판(451)및, 컬러 필터 기판과 상대 기판 사이에 개재되는 액정층(455)을 포함할 수 있다. 도 12에서는 액정 패널(450)을 간략히 보여주는 것으로, 화소전극, 공통전극, 구동부 등의 도시는 생략하였다.
컬러 필터(456)는 제1 내지 제3컬러 필터영역(456R)(456G)(456B)을 구비할 수 있으며, 제1 내지 제3컬러 필터영역(456R)(456G)(456B) 사이에는 차광 패턴(458)이 형성될 수 있다. 제1 내지 제3컬러 필터영역(456R)(456G)(456B)은 예를 들어, 적색광을 통과시키는 적색 필터영역, 녹색광을 통과시키는 녹색 필터영역, 청색광을 통과시키는 청색 필터영역을 포함할 수 있다. 컬러 필터(456)로는 전술한 실시예의 컬러 필터(10)가 적용될 수 있다. 즉, 컬러 필터(456)의 제1 내지 제3컬러 필터영역(456R)(456G)(456B), 차광 패턴(458)은 각각, 전술한 컬러 필터(10)의 제1 내지 제3컬러 필터영역(30R)(30G)(30B), 차광 패턴(35)에 대응할 수 있다.
도 13은 실시예에 따른 반사형 액정 디스플레이(500)를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 13을 참조하면, 반사형 액정 디스플레이(500)는, 외부광을 광원으로 사용하는 것으로, 하나의 편광판(570)과, 액정 패널(550)을 포함할 수 있다.
액정 패널(550)은 제1기판(551) 및 제2기판(557), 제1기판(551)과 제2기판(557) 사이에 개재되는 액정층(555), 컬러 필터(556)를 포함할 수 있다.
제2기판(557)에는 편광판(570)이 배치될 수 있다. 액정 패널(550)은 편광판(570)을 포함할 수 있다.
컬러 필터(556)는 액정 패널(550)을 이루는 일 기판 상에 형성되거나, 별도로 형성되어 액정 패널(550)에 결합될 수도 있다. 액정 패널(550)의 저면에는 반사막(510)이 구비될 수 있다.
예를 들어, 컬러 필터(556)는 제1기판(551) 또는 제2기판(557)에 형성될 수 있다. 도 13에서는 컬러 필터(556)가 제2기판(557)에 형성된 예를 보여준다.
컬러 필터(556)가 형성되는 베이스 기판을 컬러 필터 기판이라 할 때, 액정 패널(550)은, 컬러 필터(556)가 형성된 컬러 필터 기판 예컨대, 제2기판(557), 컬러 필터 기판과 마주하는 상대 기판 예컨대, 제1기판(551)및, 컬러 필터 기판과 상대 기판 사이에 개재되는 액정층(555)을 포함할 수 있다. 도 13에서는 액정 패널(550)을 간략히 보여주는 것으로, 화소전극, 공통전극, 구동부 등의 도시는 생략하였다.
컬러 필터(556)는 제1 내지 제3컬러 필터영역(556R)(556G)(556B)을 구비할 수 있으며, 제1 내지 제3컬러 필터영역(556R)(556G)(556B) 사이에는 차광 패턴(558)이 형성될 수 있다. 제1 내지 제3컬러 필터영역(556R)(556G)(556B)은 예를 들어, 적색광을 통과시키는 적색 필터영역, 녹색광을 통과시키는 녹색 필터영역, 청색광을 통과시키는 청색 필터영역을 포함할 수 있다. 컬러 필터(556)로는 전술한 실시예의 컬러 필터(10)가 적용될 수 있다. 즉, 컬러 필터(556)의 제1 내지 제3컬러 필터영역(556R)(556G)(556B), 차광 패턴(558)은 각각, 전술한 컬러 필터(10)의 제1 내지 제3컬러 필터영역(30R)(30G)(30B), 차광 패턴(35)에 대응할 수 있다.
10...컬러 필터 11...베이스 기판
30...컬러 포토레지스트층 100...광중합 개시제
110...바인더 폴리머 130...분산제
150...안료 170...염료
190...모노머 200...양자점
250...금속 나노입자 270...알킬기

Claims (20)

  1. 베이스 기판; 및
    상기 베이스 기판 상에 형성되며, 광중합형 감광 조성물과, 안료 및 염료 중 적어도 하나와, 양자점을 포함하는 컬러 포토레지스트층;을 포함하는 컬러 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 포토레지스트층은 금속 나노입자를 더 포함하는 컬러 필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속 나노입자는 적어도 하나의 코너를 형성하는 복수의 변을 가지는 형상인, 컬러 필터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 금속 나노입자의 단면 형상은 적어도 하나의 코너가 모따인(chamfered) 삼각형 형상인, 컬러 필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 포토레지스트층은 서로 다른 컬러를 형성하는 복수의 컬러 필터영역을 포함하며,
    상기 복수의 컬러 필터 영역은 각각 서로 다른 형상의 제 1 및 제 2 금속 나노 입자를 더 포함하는, 컬러 필터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 금속 나노 입자의 단면 형상은 적어도 하나의 코너가 모따인 삼각형 형상인, 컬러 필터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 금속 나노 입자 중에서,
    상기 복수의 컬러 필터 영역 중에서 상대적으로 짧은 파장의 컬러를 형성하는 컬러 필터 영역에 포함된 금속 나노 입자의 코너 형상이 상대적으로 둥근 형태가 되는, 컬러 필터.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 컬러 포토레지스트층은 상기 금속 나노입자에 접합된 알킬기를 더 포함하는, 컬러 필터.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 알킬기에 의해 상기 금속 나노입자와 상기 양자점간의 거리가 유지되는, 컬러 필터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 포토레지스트층은,
    제1색광을 위한 제1안료 및 제1염료 중 적어도 하나와, 제1양자점을 포함하는 제1컬러 필터영역;
    제2색광을 위한 제2안료 및 제2염료 중 적어도 하나와, 제2양자점을 포함하는 제2컬러 필터영역; 및
    제3색광을 위한 제3안료 및 제3염료 중 적어도 하나와, 제3양자점을 포함하는 제3컬러 필터영역;을 포함하며,
    상기 제1 내지 제3양자점은 각각 상기 제1 내지 제3색광을 발생시키도록 서로 다른 크기를 가지는 컬러 필터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3컬러 필터영역 중 적어도 하나는, 적어도 하나의 코너를 형성하는 복수의 변을 가지는 형상의 금속 나노입자를 더 포함하는 컬러 필터.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1컬러 필터영역은 제1금속 나노입자, 상기 제2컬러 필터영역은 제2금속 나노입자, 상기 제3컬러 필터영역은 제3금속 나노입자를 포함하며,
    상기 제1 내지 제3금속 나노입자는 서로 다른 형상을 가지는, 컬러 필터.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3양자점의 크기가 각각 D1, D2, D3이고, D1>D2>D3 관계를 가질 때,
    상기 제1금속 나노입자, 제2금속 나노입자, 제3금속 나노입자로 갈수록 코너 모양이 샤프한 형태에서 둥근 형태가 되는 컬러 필터.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 컬러 필터영역은 각각, 적색, 녹색, 청색을 형성하는, 컬러 필터.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3금속 나노입자 각각에 접합된 알킬기를 더 포함하며,
    상기 알킬기에 의해 상기 제1금속 나노입자와 상기 제1양자점, 상기 제2금속 나노입자와 상기 제2양자점, 상기 제3금속 나노입자와 상기 제3양자점 간의 거리가 유지되는, 컬러 필터.
  16. 복수의 화소 영역을 구비하며, 영상 신호에 따라 상기 복수의 화소 영역이 제어되는 표시부;
    상기 복수의 화소 영역에 대응하는 복수의 컬러 필터 영역을 구비하며,
    상기 복수의 컬러 필터 영역은 각각, 광중합형 감광 조성물과, 안료 및 염료 중 적어도 하나와, 양자점을 포함하는 컬러 포토레지스트층을 포함하는, 컬러 필터;를 포함하는, 디스플레이 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 컬러 필터영역은,
    제1색광을 위한 제1안료 및 제2염료 중 적어도 하나와, 제1양자점을 포함하는 제1컬러 필터영역;
    제2색광을 위한 제2안료 및 제2염료 중 적어도 하나와, 제2양자점을 포함하는 제2컬러 필터영역; 및
    제3색광을 위한 제3안료 및 제3염료 중 적어도 하나와, 제3양자점을 포함하는 제3컬러 필터영역;을 포함하며,
    상기 제1 내지 제3양자점은 각각 상기 제1 내지 제3색광을 발생시키도록 서로 다른 크기를 가지는, 디스플레이 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1컬러 필터영역은 제1금속 나노입자, 상기 제2컬러 필터영역은 제2금속 나노입자, 상기 제3컬러 필터영역은 제3금속 나노입자를 포함하며,
    상기 제1 내지 제3금속 나노입자는 서로 다른 형상을 가지는 디스플레이 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3양자점의 크기가 각각 D1, D2, D3이고, D1>D2>D3 관계를 가질 때,
    상기 제1금속 나노입자, 제2금속 나노입자, 제3금속 나노입자로 갈수록 코너 모양이 샤프한 형태에서 둥근 형태가 되는 디스플레이 장치.
  20. 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시부는 투과형 액정 패널, 반사형 액정 패널, 또는 유기 발광 패널 인 디스플레이 장치.
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